劉金興

（重慶鐵發(fā)建新高速公路有限公司，重慶 400700）

隨著我國高速公路建設(shè)的發(fā)展，高速公路逐漸向西南多山地區(qū)推進，西南片區(qū)隧道數(shù)量快速增加，隧道群逐漸增多，由此帶來的隧道運營管理能耗加劇。隧道照明產(chǎn)生的能耗占整個隧道運營能耗的比重大，據(jù)統(tǒng)計，隧道照明能耗占整個運營能耗的70%以上[1]。隧道照明質(zhì)量與交通安全有重要聯(lián)系，駕駛員行車經(jīng)過隧道時會出現(xiàn)明暗適應(yīng)，駕駛員心理負擔加劇，嚴重影響行車安全。因此，合理采取減光防眩措施對保證毗鄰隧道行車安全和照明節(jié)能頗具意義。

1 毗鄰隧道定義

國內(nèi)外關(guān)于隧道群的定義未給出一個統(tǒng)一的結(jié)論，隧道群一般指間隔一定距離的若干各隧道組成的整體。目前行業(yè)結(jié)合通風、照明、交通安全、防火安全等因素統(tǒng)籌考慮，將隧道群分為連續(xù)隧道和毗鄰隧道。

王少飛[2]根據(jù)兩隧道之間通風、照明、交通安全、防火安全等因素，提出了隧道群的概念：當兩隧道間距L≤250m時定義為毗鄰隧道；當兩隧道間距250m＜L≤1000m時，定義為連續(xù)隧道。諸文江等[3]根據(jù)兩隧道對駕駛員駕駛行為有無影響對隧道群進行定義：若下一隧道入口的車輛對在兩隧道之間連接段行車的駕駛員駕駛行為造成影響，則定義為隧道群。駕駛員在上游隧道出口的明適應(yīng)過程中能看到下游隧道入口車輛并能及時停車，定義兩隧道為連續(xù)隧道，當兩隧道群連接段長度小于一個停車視距時，駕駛員從上游隧道出口看到下游隧道入口車輛不能及時停車，定義兩隧道為毗鄰隧道。而當駕駛員從上游隧道出口明適應(yīng)過程中不受下游隧道進口車輛的影響，則認為兩隧道為兩條不同的單體隧道。

盡管目前沒有明確定義毗鄰隧道，但毗鄰隧道不同于單體隧道是明確的，毗鄰隧道照明之間存在相關(guān)關(guān)系，對駕駛員駕駛行為有重要影響。

2 毗鄰隧道明暗適應(yīng)機理

白天，駕駛員行車經(jīng)過隧道時，在隧道入口處，由于外部亮度大，隧道內(nèi)部亮度低，駕駛員不能在短時間內(nèi)適應(yīng)幾十倍的洞外亮度差，看不清隧道內(nèi)部景物，這就是“黑洞效應(yīng)”，如圖1（a）所示。駕駛員適應(yīng)由高亮度外部環(huán)境進入低亮度內(nèi)部環(huán)境過程即為暗適應(yīng)過程；駕駛員駛出隧道時，由于隧道外部亮度大，強烈亮光經(jīng)人眼屈光介質(zhì)散射形成白色刺眼光幕，駕駛員無法立即完成由暗環(huán)境進入亮環(huán)境的明適應(yīng)過程，將形成“白洞效應(yīng)”[4]，如圖1（b）所示。

圖1 黑洞效應(yīng)與白洞效應(yīng)

3 毗鄰隧道減光防眩措施

為了有效削弱隧道黑、白洞效應(yīng)，保證行車安全，減少照明能耗，研究人員在毗鄰隧道減光防眩措施方面進行了大量研究。

毗鄰隧道減光防眩措施的基本原理是為了使洞內(nèi)外亮度過渡滿足人眼明暗適應(yīng)順適過渡的需要，從而使駕駛員不出現(xiàn)視覺盲期，能正常辨識障礙物。目前毗鄰隧道減光防眩措施大概分為三類：第一類是增強隧道進出口的洞內(nèi)亮度，第二類是減小毗鄰隧道連接段的路面亮度，第三類是減少駕駛員視野范圍內(nèi)的眩光。具體措施有以下幾種。

3.1 遮陽棚

此措施屬第二類減光措施，通過在毗鄰隧道連接段設(shè)置具有一定透光率的遮陽棚，能有效減小連接段亮度，從而縮小隧道內(nèi)外亮度差，達到駕駛員明暗適應(yīng)順適過渡的目的。遮陽棚由鋼格和遮陽板組成，是一種頂部封閉的棚狀構(gòu)筑物，能夠起到減光防眩作用，還能起到保護連接段路面的作用[5]。遮陽棚結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 白馬隧道遮陽棚

遮陽棚對隧道通風影響較大，容易形成二次污染[6-7]。遮陽板的透光率和遮光棚的底部鏤空高度是遮陽棚設(shè)計的重要參數(shù)，透光率影響照明效果，選材時應(yīng)注意選擇透光率不易受氣候條件影響的材料，鏤空高度影響通風效果，上述兩參數(shù)應(yīng)結(jié)合照明、通風、防災(zāi)綜合考慮找出最優(yōu)解。

3.2 遮光棚

此措施屬第二類和第三類減光措施，遮光棚由遮光肋架組成，肋架常使用鋼拱架或鋼筋混凝土框，沿上一隧道出口連續(xù)間隔布置肋架。一方面可以大量遮擋駕駛員視野內(nèi)的眩光，從而使駕駛員出隧道時不產(chǎn)生失能眩光，不出現(xiàn)視覺盲期[8]；另一方面減小陽光透過率，隧道外路面照度降低，形成明暗交替的過渡路面，起到過渡順適作用，削弱“白洞效應(yīng)”，提高行車安全性。遮光棚結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 中梁山隧道出口遮光棚

鋼肋架的布置間距和厚度是遮光棚設(shè)計的重要參數(shù)，應(yīng)綜合考慮隧道內(nèi)外照度、駕駛員視場角、失能眩光閾值等因素設(shè)計。遮光棚具有結(jié)構(gòu)簡單、使用周期長、受天氣條件影響小等特點，是目前常見的減光防眩結(jié)構(gòu)。

3.3 通透式棚洞

此措施屬第一類減光措施，在多山地區(qū)，隧道洞口邊坡不穩(wěn)定時，常需要設(shè)置洞門、明洞、棚洞等結(jié)構(gòu)，考慮到照明節(jié)能的棚洞一般將棚洞一側(cè)設(shè)置鏤空形成通透式棚洞，以增加洞口內(nèi)的自然光進光量，從而提高隧道進出口亮度，達到照度順適過渡和照明節(jié)能的目的。棚洞結(jié)構(gòu)如圖4所示。

通透式棚洞有利于隧道內(nèi)污染物排放，同時考慮隧道結(jié)構(gòu)、照明、通風等因素，是一種經(jīng)濟安全的設(shè)計，但運用范圍受限。

3.4 導(dǎo)光裝置

圖4 新宋家溝1號隧道棚洞

此措施屬第一類減光措施，原理是將太陽光直接傳導(dǎo)入隧道內(nèi)部用于照明，目前主要有直接反射太陽光裝置、光纖、導(dǎo)光管等[9]，直接反射裝置一般設(shè)置于洞口外，通過太陽高度角和方位角自動調(diào)整反射角度，將太陽光反射到隧道入口內(nèi)部，提高隧道洞內(nèi)亮度，直接反射太陽光受季節(jié)、天氣影響大。光纖傳導(dǎo)是利用光纖的導(dǎo)光性將太陽光傳導(dǎo)入隧道內(nèi)以達到增強洞內(nèi)亮度的目的，光纖導(dǎo)光的距離有限，無法適應(yīng)遠距離傳輸。導(dǎo)光管利用光在導(dǎo)光管內(nèi)壁反射將外部陽光導(dǎo)入隧道內(nèi)[10]。導(dǎo)光裝置如圖5所示。

圖5 隧道導(dǎo)光裝置

毗鄰隧道明暗適應(yīng)機理與單體隧道相同，均是因為人眼不能快速適應(yīng)巨大亮度差，出現(xiàn)視覺盲期，但由于毗鄰隧道連接段長度短，駕駛員明適應(yīng)未完成即進入暗適應(yīng)階段，明暗適應(yīng)快速轉(zhuǎn)換，駕駛員心理負荷較單體隧道大，隧道照明對毗鄰隧道的影響更加明顯[11]。長期以來，如何有效削弱隧道進出口出現(xiàn)的黑、白洞效應(yīng)一直是制約隧道運營安全及節(jié)能的主要因素[12]。

4 結(jié)束語

目前毗鄰隧道減光措施種類較多，但相關(guān)技術(shù)運用并不成熟，某些措施也帶來了新的問題。比如連接段設(shè)置遮陽棚會帶來二次污染，影響隧道通風和防災(zāi)，因此，如何確定遮陽板的透光率及底部鏤空高度應(yīng)結(jié)合照明、通風、防災(zāi)綜合考慮。鏤空棚洞、反光裝置的進光量受天氣的影響較大，如何將反射光和隧道照明高效結(jié)合使用也需深入研究。光纖導(dǎo)光的衰減率隨傳輸距離增大而增大，研究新型導(dǎo)光材料也是隧道照明的一大方向。針對目前毗鄰隧道減光防眩已有的研究和存在的問題，毗鄰隧道減光防眩措施還應(yīng)繼續(xù)研究如下問題：（1）根據(jù)不同地區(qū)不同時間的隧道洞內(nèi)外照度建立智能調(diào)光系統(tǒng)，將減光防眩措施與隧道人工照明合理搭配利用，達到節(jié)能效果。（2）發(fā)展新型導(dǎo)光材料，提升對自然光的利用率，尤其是研究新型隧道內(nèi)視覺誘導(dǎo)材料和新型反光材料對未來照明節(jié)能的意義重大。（3）根據(jù)不同的減光措施制定相關(guān)的規(guī)范作為未來減光防眩工程的設(shè)計參考依據(jù)，提升工程質(zhì)量，保證行車安全，降低照明能耗。